Os avanços em uma tecnologia de célula de combustível movida a carbono sólido podem tornar a geração de eletricidade a partir de recursos como carvão e biomassa mais limpa e eficiente, de acordo com um novo artigo publicado por pesquisadores do Laboratório Nacional de Idaho.

O design da célula de combustível incorpora inovações em três componentes:o ânodo, o eletrólito e o combustível. Juntos, esses avanços permitem que a célula de combustível utilize cerca de três vezes mais carbono do que os projetos anteriores de célula de combustível de carbono direto (DCFC).

As células de combustível também operam em temperaturas mais baixas e mostraram maiores densidades de potência máxima do que os DCFCs anteriores, de acordo com o engenheiro de materiais do INL Dong Ding. Os resultados aparecem na edição desta semana da revista. Materiais avançados .

Considerando que as células de combustível de hidrogênio (por exemplo, membrana de troca de prótons (PEM) e outras células de combustível) geram eletricidade a partir da reação química entre hidrogênio puro e oxigênio, Os DCFCs podem usar qualquer número de recursos baseados em carbono para combustível, incluindo carvão, Coca, alcatrão, biomassa e resíduos orgânicos.

Como os DCFCs fazem uso de combustíveis prontamente disponíveis, eles são potencialmente mais eficientes do que as células convencionais de combustível de hidrogênio. "Você pode pular a etapa de produção de hidrogênio que consome muita energia, "Ding disse.

Mas os projetos DCFC anteriores têm várias desvantagens:eles exigem altas temperaturas - 700 a 900 graus Celsius - o que os torna menos eficientes e duráveis. Avançar, como consequência dessas altas temperaturas, eles são normalmente construídos com materiais caros que podem lidar com o calor.

Também, os primeiros projetos de DCFC não são capazes de utilizar efetivamente o combustível de carbono.

Ding e seus colegas enfrentaram esses desafios projetando uma verdadeira célula de combustível de carbono direto que é capaz de operar em temperaturas mais baixas - abaixo de 600 graus Celsius. A célula de combustível faz uso de carbono sólido, que é finamente moído e injetado por meio de uma corrente de ar na célula. Os pesquisadores abordaram a necessidade de altas temperaturas desenvolvendo um eletrólito usando materiais altamente condutores - óxido de cério dopado e carbonato. Esses materiais mantêm seu desempenho em temperaturas mais baixas.

Próximo, eles aumentaram a utilização de carbono ao desenvolver um design de ânodo têxtil de cerâmica 3-D que entrelaça feixes de fibras como um pedaço de tecido. As próprias fibras são ocas e porosas. Todos esses recursos se combinam para maximizar a quantidade de área de superfície disponível para uma reação química com o combustível de carbono.

Finalmente, os pesquisadores desenvolveram um combustível composto feito de carbono sólido e carbonato. "Na temperatura de operação, esse composto é semelhante a um fluido, "Ding disse." Pode fluir facilmente para a interface.

O carbonato fundido carrega o carbono sólido para as fibras ocas e os orifícios do ânodo, aumentando a densidade de potência da célula de combustível.

A célula de combustível resultante parece um verde, bateria de relógio de cerâmica com a espessura aproximada de um pedaço de papel de construção. Um quadrado maior tem 10 centímetros de cada lado. As células de combustível podem ser empilhadas umas sobre as outras, dependendo da aplicação. o Materiais avançados jornal postou um resumo em vídeo aqui:

A tecnologia tem potencial para melhorar a utilização de combustíveis de carbono, como carvão e biomassa, porque as células de combustível de carbono direto produzem dióxido de carbono sem a mistura de outros gases e partículas encontradas na fumaça de usinas movidas a carvão, por exemplo. Isso torna mais fácil implementar tecnologias de captura de carbono, Disse Ding.

O design DCFC avançado já atraiu a atenção da indústria. Ding e seus colegas estão fazendo parceria com a Storagenergy de Salt Lake City, Inc., para se candidatar a uma Oportunidade de Financiamento do Departamento de Pesquisa de Inovação em Pequenas Empresas de Energia (SBIR) - Transferência de Tecnologia de Pequenas Empresas (STTR). Os resultados serão anunciados em fevereiro de 2018. Uma empresa canadense relacionada à energia também demonstrou interesse nessas tecnologias DCFC.